第十六章 水的其他物理化學(xué)處理方法

第十六章水的其他物理化學(xué)處理方法第1頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月離心分離1.原理顆粒受到的凈離心力Fc=（m-mo）ω2r顆粒在水中的凈重力Fg=（m-mo）g

α——分離因素粒徑為d(m)的顆粒的分離速度Uc(m/s)：接下頁第2頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

式中：ρ、ρo——分別為顆粒和水的密度，kg/m3μ——水的動(dòng)力粘度，0.1pa·s當(dāng)離心ρ>ρo，Uc>0，顆粒拋向周邊——離心沉降。

ρ<ρo，Uc<0，顆粒被推向中心——離心上浮。當(dāng)d越小，（ρ—ρo）越小，μ越大，則Uc越小，顆粒越難分離。離心分離1.原理第3頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

離心機(jī)：高速離心機(jī)（α>3000）中速離心機(jī)（α=1000～3000）常速離心機(jī)低速離心機(jī)（α<1000）（1）常速離心機(jī)：(ρ—ρo)較大時(shí)采用，用于污泥脫水，纖維回收。（2）高速離心機(jī)：(ρ—ρo)較小時(shí)采用，用于乳化油、蛋白質(zhì)回收。壓力式水力旋流器

水力旋流器重力式水力旋流器離心分離2.離心原理設(shè)備：離心機(jī)、水力旋流器第4頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月壓力式水力旋流器（1）構(gòu)造與原理第5頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月壓力式水力旋流器（1）構(gòu)造與原理第6頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月壓力式水力旋流器（1）構(gòu)造與原理第7頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1)確定分離器的尺寸——按經(jīng)驗(yàn)確定園筒直徑——D園筒高度——Ho=1.7D錐體高度——Hk=3Ho；錐體角度：θ=10～15°中心溢流管直徑——do=(0.25～0.3)D進(jìn)水管直徑——d1=(0.25～0.4)D出水管直徑——d2=(0.25～0.5)D；出口流速6～10m/s。錐底直徑——d3=(0.5～0.8)do2)處理水量Q（L/min）Q=KDdo（g△p）1/2式中：K——流量系數(shù)，K=5.5d1/D△P——進(jìn)出口壓差，Mpa，△p=p1—p2，一般為0.1～0.2Mpa。g——重力加速度（m/s2）壓力式水力旋流器（2）壓力式水力旋流器的設(shè)計(jì)：接下頁第8頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3)分離器臺(tái)數(shù)n并聯(lián)使用。4)被分離顆粒的極限直徑dc(cm)

式中：d1——進(jìn)水管直徑（cm）

φ——環(huán)流速度的變化系數(shù)，約為

μ——水的動(dòng)力粘度，Pa·s

Q——處理水量，cm3/s

H——中心流束高度，cm，約為錐體高度的2/3，即h=（D—d3）/3tgθ；dc是判斷水力旋流器分離效果的重要指標(biāo)，極限直徑dc越小，分離效果越好。q沉淀池=1.0m3/m2·h； q水力旋流器=950m3/m2·h壓力式水力旋流器第9頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1.設(shè)計(jì)：（1）表面積

（m2）式中：q——表面水力負(fù)荷：取25～30m3/m2·h要求η>80%，q=25；η<80%，q=30（2）有效水深Ho1)按停留時(shí)間t=15～20min計(jì)算：Ho=Qt/A2)按結(jié)構(gòu)尺寸確定：Ho=(0.7～1.2)DD——池直徑，D較大，采用較大系數(shù)，反之亦然。（3）緩沖層高度h1=0.8～1.2m（保護(hù)高度）。（4）進(jìn)水管向下傾斜1～5°，管咀處流速V=0.9～1.1m/s。（5）所需水頭h（水頭差）。重力式旋流分離器——水力旋流沉淀池接下頁第10頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

式中：α——系數(shù)，試驗(yàn)確定，一般為4.5；V——管咀處流速（進(jìn)口處流速）0.9～1.1m/s；ξ——局部阻力系數(shù)；V1——進(jìn)水管內(nèi)流速0.8～1.0m/s；

L——進(jìn)水管長(zhǎng)度，m；

I——進(jìn)水管單位長(zhǎng)度的沿程損失。（6）應(yīng)用——旋流沉淀池適于小流量工業(yè)廢水中比重較大的無機(jī)雜質(zhì)的分離，它廣泛用于回收軋鋼廢水中氧化鐵皮和可浮油，回收率可達(dá)90～95%，出水可循環(huán)使用重力式旋流分離器——水力旋流沉淀池第11頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1.電解槽的結(jié)構(gòu)形式1）、結(jié)構(gòu)形式：回流式、翻騰式如圖16-2。采用直流電源電解第12頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2）、極板電路：?jiǎn)螛O性電解槽雙極性電解槽電解第13頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2.電解法的原理與分類

1）、法拉第電解定律——耗電量的計(jì)算

式中：G——析出或溶解的物質(zhì)質(zhì)量，g

E——物質(zhì)的化學(xué)當(dāng)量，g/molQ——通過的電量,庫倫（C）I——電流強(qiáng)度，安培（A）；t——電解時(shí)間（S）F——法拉第常數(shù)，F(xiàn)=96487c/mol2）、分解電壓定義：能使電解正常進(jìn)行時(shí)所需的最小外加電壓叫分解電壓EE=原電池的電動(dòng)勢(shì)+濃差電池電位+化學(xué)極化電位+IR（電解液電阻產(chǎn)生壓降）。槽電壓一般為4～5V電解第14頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3.電解法在廢水處理中的應(yīng)用1)、電解法處理含鉻廢水(1)基本原理：在陽極：Fe—2e→Fe2+（鐵板陽極溶解，把電子轉(zhuǎn)給電源）

（主要的）

Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O

CrO42-+3Fe2++8H+Cr3++4H2O+3Fe在陰級(jí)：2H++2eH2↑

（次要的）Cr2O72-+6e+14H+2Cr3++7H2O

CrO42-+3e+8H+Cr3++4H2OH+減少，廢水中堿性增強(qiáng)，使Cr3+、Fe3+產(chǎn)生氫氧化物沉淀Cr3++3OHCr(OH)3↓Fe3++3OHFe(OH)3↓電解接下頁第15頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月陽極起氧化劑作用陰極起還原劑作用電解接下頁第16頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月減少鐵陽極鈍化的方法：（1）定期用鋼絲刷清洗極板。（2）投加食鹽：NaCl中的Cl—吸附在鈍化膜表面，取代鈍化膜中的氧離子→氯化鐵（可溶性），導(dǎo)致膜溶解。（3）定期倒換陰、陽極，利用電解時(shí)陰極產(chǎn)生H2的撕裂還原作用，將極板上的鈍化膜除掉。電解接下頁第17頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月電解Fe3++3OH-Fe(OH)3↓第18頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2．工藝流程：進(jìn)水Ccr6+≤100mg/L，PH=4～6.5含鉻廢水處理工藝流程如圖16-4所示電解調(diào)節(jié)池：按2～4h平均流量設(shè)計(jì)沉淀池：t=2h；V污泥=(5～10)%V廢水或1kg干重/m3廢水。第19頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月電解槽工藝設(shè)計(jì)（1）電解槽有效容積：式中：t——電解歷時(shí)，Ccr6+<50mg/L；t=5～10minCcr6+=50～100mg/L；t=10～20min（2）電流強(qiáng)度I（A）

式中：Q——廢水設(shè)計(jì)流量m3/hC——廢水中Cr6+濃度，g/m3；QC=m3/h·g/m3=g/hKcr——1gCr6+還原成Cr3+所需電量，如無試驗(yàn)資料，可取4～5(A·h/gCr)n——電極串聯(lián)次數(shù)，為串聯(lián)極板數(shù)減1電解接下頁第20頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）極板面積F(dm2)：普通碳素鋼板，δ=3～5mm，極板間凈距S=10mm；極板消耗量：4～5g/還原1gCr6+

電解接下頁第21頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月電解接下頁第22頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）電能消耗N(kw·h/m3)

式中η——整流器效率，無實(shí)測(cè)數(shù)值，用0.8；Q——廢水設(shè)計(jì)流量，m3/h電解第23頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月藥劑中和處理1.酸性廢水的藥劑中和處理強(qiáng)酸性廢水常采用石灰乳中和，由于弱酸與石灰反應(yīng)緩慢，故一般不采用。（1）中和反應(yīng)：石灰乳中和H2SO4廢水生成CaSO4，當(dāng)用顆粒狀石灰石時(shí)，導(dǎo)致藥劑表面形成硫酸鈣的復(fù)蓋層，影響和阻止中和反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，所以當(dāng)用石灰石做中和劑時(shí)，顆粒粒徑應(yīng)小于0.5mm。（2）中和劑用量中和各種酸所需堿、鹽的理論比耗量（g/g）。因?yàn)樗巹┲泻须s質(zhì)，所以藥劑的實(shí)際耗量應(yīng)比理論比耗量要大。同時(shí)還要考慮金屬離子及中和反應(yīng)混合不均勻使實(shí)際耗量比理論耗量高，用不均勻系數(shù)K來表示。中和接下頁第24頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月中和所以藥劑總耗量Ga（Kg/d）第25頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月中和中和反應(yīng)產(chǎn)生的沉渣量G（Kg/d）第26頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）中和工藝投藥裝置石灰用量<1t/d：在消解槽內(nèi)人工攪拌和消解，制成（40～50）%的乳濁液，其有效容積V1（m3）：消解槽：V1=KVo式中：Vo——一次配制的藥劑量，m3K——容積系數(shù)，2～5石灰用量>1t/d：采用機(jī)械方法消解。消解機(jī)有立式和臥式二種。消解后石灰乳排至溶液槽，其有效容積V2（m3）

中和第27頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月消解后石灰乳排至溶液槽，其有效容積V2（m3）

式中：Ga——石灰消耗量，t/d；r——石灰的容重，0.9～1.1t/m3；c——石灰乳濃度，（5～10）%；n——每天攪拌次數(shù)。中和第28頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月石灰乳投配系統(tǒng)與投配器1)混合反應(yīng)裝置

·水泵管道混合

·隔板混合反應(yīng)池如圖2)沉淀池3)沉渣脫水裝置：機(jī)械脫水、干化場(chǎng)2、堿性廢水的藥劑中和處理（1）中和劑：H2SO4、HCl、HNO3、工業(yè)廢酸、煙道氣（含CO2、SO2）（2）中和反應(yīng)（3）中和各種堿所需酸的理論比耗量（g/g）.中和第29頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、堿性廢水的藥劑中和處理（1）中和劑：H2SO4、HCl、HNO3、工業(yè)廢酸、煙道氣（含CO2、SO2）（2）中和反應(yīng)（3）中和各種堿所需酸的理論比耗量（g/g）.堿性廢水的藥劑中和處理第30頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月隔板混合反應(yīng)第31頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月過濾中和處理1、普通中和濾池不適于中、高濃度的酸性廢水，對(duì)H2SO4廢水，用石灰石作中和劑時(shí)，其SO4濃度應(yīng)≤2g/L，如用白云石（CaCP3·MgCO3）則其H2SO4濃度只能為5g/L；對(duì)HNO3、HCl廢水，極限濃度20g/L。當(dāng)H2SO4濃度為2～5g/L時(shí)，可用白云石作濾料，但反應(yīng)速度慢。（1）普通中和濾池的形式

第32頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）中和濾池的計(jì)算1)平流式中和濾池

·濾池長(zhǎng)度L=Ut……

式中：U——濾速：0.01～0.03m/st——廢水同濾料接觸時(shí)間，S

式中：K——濾料系數(shù)，試驗(yàn)求得。d——濾料的平均粒徑，cm；U——濾速，m/sC——酸的濃度，geq/L過濾中和處理接下頁第33頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月濾池橫斷面積f（m2）

濾池的水頭損失h=iL（m）式中：i——濾池的坡降

式中：U.d同上Po——濾料的孔隙率：0.35～0.45S——系數(shù)，與濾料d有關(guān)：過濾中和處理第34頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2)豎流式中和濾池

濾床最小厚度H（cm）——中和H2SO4時(shí)使用下式

式中：d——濾料粒徑，mmK——濾料特征系數(shù)，試驗(yàn)得出n——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，試驗(yàn)得出，一般1.47C——酸的濃度，geq/LU——濾速：4～8m/h

濾料的消耗及濾池的工作周期T

濾料的消耗量G=KQCa（kg/d）式中：K——系數(shù)，1.5a——藥劑比耗量Q、C同上濾池的理論工作周期

式中：P——濾料裝載量，KgG——濾料消耗量，Kg/d.過濾中和處理第35頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、升流式膨脹中和濾池（1）恒濾速升流膨脹中和濾池

過濾中和處理接下頁第36頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、升流式膨脹中和濾池（1）恒濾速升流膨脹中和濾池

承托層厚度0.15～0.2m，φ20～40mm濾料粒徑0.5～3mm，濾層高度1～1.2m（新濾料）最終換料時(shí)的濾層高度≥2m；U=60～80m/h膨脹率50%±，上部清水區(qū)高度為0.5m廢水H2SO4濃度<2200mg/L時(shí)，中和后PH=4.2～5，脫氣后PH=6～6.5出水PH<4.2需換料。缺點(diǎn)：

下部濾料膨脹不起來，上部帶出小顆粒濾料。

過濾中和處理接下頁第37頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）變速膨脹中和濾池

U下=130m/h～150m/hU上=40～60m/

過濾中和處理第38頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）過濾中和法的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：出水PH值較穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，沉渣量少。

缺點(diǎn)：廢水中H2SO4濃度不能太高，定期倒床，勞動(dòng)強(qiáng)度大。過濾中和處理第39頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月過濾中和處理（4）過濾中和滾筒（4）過濾中和滾筒第40頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月過濾中和處理（4）過濾中和滾筒點(diǎn)擊看示意圖濾料粒徑大（幾mm～+幾mm），濾料體積為筒體體積的1/2。滾筒線速度0.3～0.5m/s。進(jìn)水H2SO4濃度可達(dá)7～8g/L

缺點(diǎn):

動(dòng)力費(fèi)高，設(shè)備構(gòu)造復(fù)雜，噪聲大。第41頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1、酸性或堿性廢水需要量Q1C1=Q2C2——等當(dāng)量反應(yīng)2、中和設(shè)備（1）在集水井（或管道、混合槽）內(nèi)連續(xù)混合；（2）連續(xù)流中和池：V池＝（Q1+Q2）t；t——中和時(shí)間，1～2h（3）間歇中和池：V池——一個(gè)周期內(nèi)排放的廢水量。酸性廢水與堿性廢水中和處理第42頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)沉淀

1.概述1）

難溶鹽的溶度積常數(shù)第43頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)沉淀

1.概述

2）

沉淀劑第44頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2.氫氧化物沉淀法

1）原理化學(xué)沉淀

接下頁第45頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)沉淀

見圖16－7第46頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、應(yīng)用石灰乳作為沉淀劑去除礦山廢水的Cu和Fe金屬離子。見圖16-8用石灰乳和漂白粉去除鉛鋅冶煉廠廢水中金屬離子。見圖16-9化學(xué)沉淀

第47頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月鉛鋅冶煉廠廢水第48頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月含Hg廢水

第49頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3.硫化物沉淀法化學(xué)沉淀

第50頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)沉淀

接下頁第51頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)沉淀

●應(yīng)用：用Na2S處理含Hg廢水：第52頁，課件共57頁，創(chuàng)作于202